ESTABILIZACION ESTABILIZACION POR ELECTRO OSMOSIS (1) Amnart Rittirong y Shang Julie Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, la Universidad de Western Ontario, London, Ontario, Canadá N6A 5B9
RESUMEN Este capítulo capítulo es una coleccio coleccionn de aplicacio aplicaciones nes in situ de electro-ós electro-ósmosi mosiss en el mejoramiento del suelo suelo como ha sido reportado reportado en la literatura en las últimas décadas. décadas. Los criterios de selección son: 1. Debe ser un ensayo de campo in situ con el fin de mejorar las propiedades mecanicas del suelo (resistencia, deformación, composición química, etc), 2. Se debe incluir la documentación detallada de las propiedades de ingeniería del sitio, la configuración de la disposición de prueba, los registros de control y evaluaciones de desempeño y el consumo de energía. Los principios científicos de la electrocinética en medios porosos son revisados antes de las presentaciones de los casos. Se espera que este capítulo sirva como una guía para la futura investigación y las aplicaciones de estabilización por electro-osmosis de suelos blandos.
1. MARCO TEÓRICO Electro-ósmosis es una técnica utilizada para la consolidación y el reforzamiento de suelos suelos arcillosos arcillosos blandos blandos saturados saturados.. Como se muestra muestra en la Figura 1 (Shang, (Shang, 1998), cuando una corriente continua (CC) de voltaje es aplicado al suelo a través de los polos de los electrodos, el agua de los poros del suelo se verán atraídos hacia la dirección del terminal negativo (cátodo) debido a la interacción del campo eléctrico, los iones en el agua de los poros y las partículas del suelo. Si el drenaje se proporciona en el cátodo e impedido en el ánodo, la consolidación se inducida por electroósmosis, resultando en el suelo una disminu disminución ción del contenid contenidoo de agua, mayor resisten resistencia cia al corte y baja compresibilidad. Además, Además, las reacciones reacciones electroquimicas asociadas con con un proceso de electro-osmosis altera las las propiedades físicas y químicas químicas del suelo y conduciendo conduciendo a un aumento adicional en la resistencia al corte (Mitchell, 1993). Casagran Casagrande de (1941, (1941, 1959 1959)) aplicó aplicó por primera primera vez la técnica técnica de electro-ós electro-ósmosis mosis para fortalecer y estabilizar las arcillas limosas blandas a mediados de los años 1930. Desde entonces, las las pruebas de campo exitosas han sido reportados reportados que utilizando utilizando la electroosmosis para fortalecer arcillas limosas y arcillas blandas sensibles, para estabilizar taludes y para reforzar pilotes de acero instalados en los suelos arcillosos (por ejemplo, Bjerrum Bjerrum et al. 1967 1967;; Casagrand Casagrande, e, 1983 1983;; Lo et al, 1991 1991). ). La consolidaci consolidación ón por electroosmosis osmosis ha sido considerad consideradaa para proyectos proyectos que requieren requieren una rápida rápida mejora mejora en las propiedades de los suelos arcillosos arcillosos blandos. (1) El
presente texto es una traducción del artículo publicado por Amna Amnart rt Rittiro Rittirong ng and and Julie Shang Shan g (2 (200 005) 5) “Electro-Osmotic Stabilization”, ELSE ELSEVIER VIER GEOGEO-ENGI ENGINEER NEERING ING BOOK SERIES VOLUME 3 Ground Improvement — Case Histories edited by EDITED BY BUDDHIMA INDRARAT INDRARATNA NA and JIAN CHU, como como parte parte de trabaj trabajo o de invest investiga igació ción n para para el curso curso de “Ingenieria de suelos aplicada a obras viales e hidráulicas”
Cuando un cátodo abierto y condición ánodo sellado están presentes, una presion negativa de agua de los poros 10 − 10 es generada en el suelo de la aplicación de un campo eléctrico de corriente continua. En una dimensión, la presión de poro generada por electro-ósmosis, u ( x, t → ∞) , en una distancia x(m) para el cátodo está dada por (Esrig,1968) −4
−6
eo
ueo
= −
k e k h
γ wU ( x )
(1)
dond dondee Ke (m² (m² / SV) SV) es la perm permea eabi bili lida dadd de elec electr troo-os osmó móti tico co,, Kh (m / s) la conduc con ductiv tivida idadd hidráu hidráulic lica, a, γw (9,81 (9,81 kN/m3) kN/m3) peso peso unitar unitario io de agu aguaa y U(x) U(x) (V), el potencial eléctrico en x distancia al cátodo. La ecuación (1) indica la presión de poro inducida por electro-ósmosis es negativo y proporcional al potencial eléctrico (es decir, tiene una magnitud máxima en el ánodo y cero en el cátodo). Las presiones de poro negativos negativos resulta resulta en un aumento aumento en el tensión efectiva efectiva en el suelo, dando lugar lugar a la consolidación, consolidación, como se describe en la teoría convencional de consolidación . Conocer la presión de poro generada por electro-ósmosis, la velocidad del tiempo de consolidación electro-osmótico puede estimarse por la teoría convencional convencional de consolidación. La permeabilidad permeabilidad electro-osmótico, Ke, Ke, regula el flujo de agua en una una masa de suelo bajo un gradiente eléctrico en una forma similar a como la conductividad hidráulica regula el flujo en el suelobajo un gradiente hidráulico. Cuando tanto el ánodo y el cátodo están abiertas para el drenaje y el gradiente hidráulico se establece en cero, Ke se puede determinar midiendo la velocidad velocidad de flujo a través de un tapón de suelo mediante una relación empírica (Mitchell, 1993) qe
=
ke E
(2)
donde qe es el vector de flujo de agua debido a un gradiente eléctrico (m / s) y E el vector de intensidad del campo eléctrico, que se define como
Cuando un cátodo abierto y condición ánodo sellado están presentes, una presion negativa de agua de los poros 10 − 10 es generada en el suelo de la aplicación de un campo eléctrico de corriente continua. En una dimensión, la presión de poro generada por electro-ósmosis, u ( x, t → ∞) , en una distancia x(m) para el cátodo está dada por (Esrig,1968) −4
−6
eo
ueo
= −
k e k h
γ wU ( x )
(1)
dond dondee Ke (m² (m² / SV) SV) es la perm permea eabi bili lida dadd de elec electr troo-os osmó móti tico co,, Kh (m / s) la conduc con ductiv tivida idadd hidráu hidráulic lica, a, γw (9,81 (9,81 kN/m3) kN/m3) peso peso unitar unitario io de agu aguaa y U(x) U(x) (V), el potencial eléctrico en x distancia al cátodo. La ecuación (1) indica la presión de poro inducida por electro-ósmosis es negativo y proporcional al potencial eléctrico (es decir, tiene una magnitud máxima en el ánodo y cero en el cátodo). Las presiones de poro negativos negativos resulta resulta en un aumento aumento en el tensión efectiva efectiva en el suelo, dando lugar lugar a la consolidación, consolidación, como se describe en la teoría convencional de consolidación . Conocer la presión de poro generada por electro-ósmosis, la velocidad del tiempo de consolidación electro-osmótico puede estimarse por la teoría convencional convencional de consolidación. La permeabilidad permeabilidad electro-osmótico, Ke, Ke, regula el flujo de agua en una una masa de suelo bajo un gradiente eléctrico en una forma similar a como la conductividad hidráulica regula el flujo en el suelobajo un gradiente hidráulico. Cuando tanto el ánodo y el cátodo están abiertas para el drenaje y el gradiente hidráulico se establece en cero, Ke se puede determinar midiendo la velocidad velocidad de flujo a través de un tapón de suelo mediante una relación empírica (Mitchell, 1993) qe
=
ke E
(2)
donde qe es el vector de flujo de agua debido a un gradiente eléctrico (m / s) y E el vector de intensidad del campo eléctrico, que se define como
E = −∆U
(3)
El consumo de energía por metro cúbico de masa del suelo por hora se calcula a partir p
2
=
κ E
(4)
donde p es el consumo de energía de la unidad (kW/m3) y κ la conductividad eléctrica del suelo (1/Ω-m). La ecuación (4) indica que el consumo de energía de tratamiento electro-osmótico aumenta con la conductividad eléctrica del suelo y el campo eléctrico aplicado. La Tabla Tabla 1 resume los rangos rangos típicos típicos de suelo suelo y las propiedad propiedades es eléctricas eléctricas que son adecuados y se han utilizado por electro-osmótico consolidación. Un modelo de consolidación de dos dimensiones electro-osmótico ha sido desarrollado por Shang (1998) que que pueden tener tener los efectos tanto de la precarga y la consolidación de electro-osmótico en cuenta. Los más predominantes electroquímicos efectos durante un proceso de electro-osmótico incluyen el desarrollo de un gradiente de pH, la generación de gases y de calor. El pH de agua del suelo se incrementará rápidamente a tan alto como 11 o 12 en el cátodo y disminuir a casi dos en el ánodo. En consecuencia, los ánodos metálicos se corroen en el ánodo. El oxígeno gaseoso es genera gen erado do en el áno ánodo do y el gas gas hidróg hidrógeno eno en el cátodo cátodo debido debido a las reaccio reacciones nes hidrolíticas. La corriente eléctrica también genera calentamiento. La gravedad de estos efecto efectoss se relac relacion ionaa directam directament entee con con la tensión tensión aplica aplicada da y la corrie corriente nte.. Es genera gen eralme lmente nte deseab deseable le para para minimi minimizar zar los efecto efectoss de calen calentam tamien iento to para para reducir reducir el consumo de energía. energía. Se ha encontrado encontrado que la aplicació aplicaciónn de reversión reversión de polaridad e intermitente (pulso) actual puede reducir gradiente de pH y la corrosión y aumentar aumentar la permeabi permeabilidad lidad electro-osmóti electro-osmótico co del suelo, mejorando mejorando así la eficienci eficienciaa de tratamiento electro-osmótico (Shang et al., 1996). La evaluació evaluaciónn de la electro-os electro-osmótic móticoo consolida consolidación ción en un suelo suelo específic específicaa pued puedee llevarse a cabo de acuerdo con el siguiente procedimiento:
1,1. Determinación de los parámetros
Además de las propiedades del suelo convencionales tales como la granulometria, la presión de preconsolidación, resistencia al corte, contenido de agua, la conductividad hidráulica, kv, y el coeficiente de consolidación Cv, los parámetros necesarios para un análisis de tratabilidad incluyen la permeabilidad electro-osmótico, ke; conductividad eléctrica, κ; intensidad de campo eléctrico E, y el consumo de energía, p. Todos estos parámetros pueden ser determinados a partir de pruebas de laboratorio antes de la aplicación de campo (Shang y Mohamedelhassan, 2001). La Tabla 1 muestra los rangos típicos de los parámetros más importantes para los suelos que son adecuados para electro-osmótico tratamiento.
1,2. Funcionamiento del sistema eléctrico en aplicaciones de campo El sistema de accionamiento eléctrico puede ser diseñado en base a los parámetros obtenidos a partir de pruebas de laboratorio y de la investigación geotécnica del sitio. Típicamente, el polos electrodo consisten en varillas metálicas o tubos instalados verticalmente en el suelo a veces se pueden instalar drenajes verticales prefabricado en el cátodo como el canal de drenaje. La profundidad de la inserción del electrodo debe ser igual al espesor de la capa de suelo para ser tratada. La porción superior de los electrodos en contacto con la superficie del suelo o capa superior de drenaje debe ser aislado eléctricamente con un recubrimiento dieléctrico para evitar cortocircuitos debido a la presencia de agua superficial (Lo et al., 1991). El material, el diseño y el espaciamiento de los electrodos y la tensión aplicada es de suma importancia para una aplicación en el campo con éxito. Entre la realización más comúnmente utilizado materiales metálicos, los mejores resultados se registraron utilizando electrodos hechos de hierro y cobre en lugar de aluminio (Sprute y Kelsh, 1980; Mohamedelhassan y Shang, 2001). Los electrodos hechos de varillas de acero recubiertos de carbono y grafito se han utilizado en el laboratorio estudios para prevenir la corrosión de los electrodos (Lockhart y Stickland, 1984). La separación típica entre ánodos y cátodos en la literatura osciló entre 1 a 3 m (Casagrande, 1983;. Lo et al, 1991). En general, aproximadamente un campo eléctrico uniforme da los mejores resultados (Casagrande, 1983). Para lograr un campo eléctrico aproximadamente uniforme, el espaciado entre las barras de electrodos de la misma polaridad debe ser mucho menos que el espaciamiento de la polaridad opuesta. La capacidad de suministro de energía se puede estimar sobre la base de la conductividad eléctrica del suelo y electrodo de diseño. Se ha encontrado que una caída de tensión más dramático tiene lugar en los contactos suelo- electrodos en un alto voltaje aplicado, lo que hizo el tratamiento menos eficaz (Casagrande, 1983;. Shang et al, 1996). También se observó que la caída de tensión en el interfaz suelo-electrodo se ve afectada por los materiales de los electrodos (Mohamedelhassan y Shang, 2001). Por lo tanto, un menor voltaje aplicado a través de menor ánodo-cátodo espaciamiento es deseable para generar el campo eléctrico requerido, y se debe prestar atención especial hecha para los materiales de electrodo y configuraciones. Sin embargo, el coste de los electrodos y la instalación también debe ser considerado. El diseño final se basa en un balance del costo de los electrodos y la instalación de electrodos, así como la eficiencia del tratamiento. Para obtener información adicional, consulte Arman (1978), Broms (1979), Mitchell (1981, 1993), U.S. Navy (1983), Van Impe (1989), Hausmann (1990) y Micic et al. (2003a, b).
La estabilización electrocinético es un híbrido entre electro-ósmosis, y lechada química. La infusión de los productos químicos cierta estabilización en suelos arenosos y limosos se hace más eficiente por la aplicación de una diferencia de potencial eléctrico a la masa del suelo. El procedimiento es más eficaz en los suelos limosos que de otro modo son difíciles de lechada ordinariamente. Información en esta técnica se puede encontrar en Broms (1979) y Mitchell (1981). Más recientemente, estabilización electrocinética química asistida se ha aplicado a suelos calcáreos costeros (limos y arenas) para la estabilización de las plataformas de petróleo (Mohamedelhassan y Shang, 2003; Shang et al, 2004a, b). En este capítulo, varios pruebas de campo bien documentadas usando electro-ósmosis para estabilizar suelos blandos de arcilla son revisados. Estos casos se han establecido como los ejemplos clásicos de las aplicaciones de la estabilización electro-osmótico.
2. CASOS HISTORICOS 2,1. Estabilización de una excavación en arcilla noruega rápida (Bjerrum et al., 1967) El primero bien documentado ensayo caso se llevó a cabo por Bjerrum et al. en un sitio ubicado en As, 30 km al sur de Oslo, Oslofjord, Noruega. El suelo en el sitio es una arcilla rápida con sensibilidad de aproximadamente 100. Las propiedades del suelo se resumen en la Tabla 2. Aunque el sitio es situado en una pendiente plana (1:8), el análisis de estabilidad de taludes indicó que el factor de seguridad fue sólo 0,77, atribuida a la naturaleza de las arcillas rápidas. La construcción de una planta de tratamiento de aguas residuales requiere una excavación para una profundidad de 4,5 m. Sin embargo, un factor de seguridad 1,3 contra la falla por levantamiento de la parte inferior permitiría la excavación a sólo una profundidad de 2,3 m. Extracción de la capa superior del suelo que rodea la excavación no fue posible debido a una vía férrea cerca. Por lo tanto estabilización electro-osmótico fue seleccionado para estabilizar la excavación.
La instalación del electrodo y la instrumentación en el sitio se muestra en la Figura 2. Reforzando barras de acero, 19 mm de diámetro y 10 m de longitud, fueron utilizados como electrodos. Ánodo filas alternas con filas de cátodo cubría un área de 200 m2. La profundidad de embebido de los electrodos fueron de 9,6 m con una separación de 2 m entre filas ánodo-cátodo y 0.6-0.65 m separación, en la misma fila. Se reconoció que durante electro-osmótico tratamiento, la resistencia al corte aumenta en el ánodo y disminuye en el cátodo en la primera etapa del tratamiento. Por lo tanto, para evitar la falla del talud, las filas de electrodos fueron instalados en la dirección de la inclinación máxima de la pendiente. La estabilidad de la pendiente se mejoró por 10% en la descarga del suelo superior en las proximidades de la vía férrea durante el tratamiento. La instalación del electrodo se terminó el 13 de abril de 1964. Entonces la energía se aplicó el 14 de abril. La tasa de asentamiento era de unos 8 mm por día. La velocidad de flujo de agua en el día 4 y el día 7 fue de 1,7 y 1,5 m3 por día, respectivamente. El caudal se redujo con el tiempo. En día 51, a causa de un cortocircuito entre las filas 1 y 2, fila 1 se ha desconectado. La polaridad se invirtió para investigar el efecto de la inversión de polaridad entre los días 51 y 58. La tasa de asentamiento se redujo de 4,5 mm por día justo antes de que el cortocircuito a 2,4 mm por día. Debido a una disminución en la tasa de asentamiento, la polaridad se invierte de nuevo a la original acuerdo en el día 58. Durante los primeros 18 días, la corriente se estableció como 210A. Después del dia 18, la corriente se incrementó a 350 A. Los intentos se hicieron para mantener este nivel de corriente, pero la resistencia eléctrica del suelo que rodean los ánodos aumentan. En el día 8, el potencial cae en el ánodo, donde era de 10 V de la tensión aplicada de 40 V. Esto indica que sólo 75% del voltaje aplicado fue eficaz. En el día 80, sólo el 50% del voltaje aplicado fue eficaz. El tratamiento se prolongó durante 120 días. Los asentamientos medidos se muestran en la Figura
3. No hubo asentamientos que se produjeran fuera del área tratada. Una grieta larga se encuentran a lo largo el límite occidental. El cambio en el contenido de agua en la arcilla blanda se retrocalculada de la consolidación de la arcilla blanda. El consumo total de energía fue de 30.000 kWh o 17 kWh/m3 de arcilla. Después del tratamiento, cátodos fueron retirados fácilmente, mientras que la adhesión desarrollado impidio la remocion de los ánodos. La corrosión total de acero ánodos de barras era de 740 kg a partir del peso original de 1990 kg, en otras palabras, el 37% de los ánodos de acero se corroe, ó 2,25 kg/m3 de hierro fue utilizado para la estabilización de la arcilla. A medida que el agua se mueve de los ánodos a los cátodos, la presión de poro negativo se produce en la vecindad de los ánodos y el exceso (positivo) la presión de poro se produce en las proximidades del cátodo. Con la conductividad hidráulica de 2 x10 cm/s, y se aplica voltaje de 40 V, teóricamente una diferencia de presión de poro sería de 32 atm. Sin embargo, en realidad, la presión en el cátodo no se exceda la presión de sobrecarga. Además, la presión de succión en el ánodo no exceda de 1 atm a causa de gas generado por el proceso de electro-osmótico −8
Se observó que cuando la polaridad se invirtió en el día 58, la presión de poro negativas repentinamente cambiaron a presiones positivas, y viceversa. La presión de poro en el cátodo y el ánodo se mantuvo positivo y negativo, respectivamente hasta que el apagado. Después de 103 días de tratamiento, la resistencia al corte de veletas
aumentó aproximadamente 8 a 15-20 kPa hasta una profundidad de 6-8 m. Ningún cambio significativo en la resistencia al corte se encuentra por debajo de esta profundidad. Durante la excavación, muchas muestras de suelo a una profundidad de 4,5 m fueron tomadas. Los resultados de las mediciones se ilustran en la Figura 4. La variación de resistencia al esfuerzo cortante sin drenaje se muestra en la Figura 4 (a). La resistencia al corte antes del tratamiento fue de 8,8 kPa. Después del tratamiento, la resistencia al esfuerzo cortante aumentó a 108 kPa en el ánodo. La resistencia al corte fue de 39 kPa a la mitad de camino entre los electrodos. No hay aumento de la resistencia al corte en el cátodo. La resistencia al esfuerzo cortante promedio fue de 37
kPa. La resistencia al corte remoldeado se muestra en la Figura 4 (b), la sensibilidad que excedia de 100 fue reducida de a un valor de aproximadamente 2 a 4. El contenido medio de agua inicial fue de 31,0%. Después de la estabilización, el contenido de agua redujo 7% en el ánodo. El promedio de reducción del contenido de agua fue de 3,8% aproximadamente el mismo que el valor diseñado de 3,4%. Los límites de líquidos y los límites plasticos se muestra en la Figura 4 (c). En el ánodo, el límite líquido aumentó hasta el 30% del valor original de 21%. El limite plástico era insignificante cambiado. Un aumento en el límite líquido atribuido a la acidez en el ánodo, es decir, el pH= 5.8-6.3. Cuando el pH de la arcilla en el cátodo fue 7,7, el aumento en el limite líquido era insignificante en este área. Se cree que las condiciones ácidas condujo a la formación de protón-saturada de arcilla que es inestable y cambia a una arcilla de aluminio-saturado. El original arcilla tratada se consideró una arcilla de sodio-calcio de carácter illítico-clorítica y su la conversión a una arcilla de aluminio regularmente daría lugar a una plasticidad superior. Además, los iones de hierro disuelto desde el ánodo condujo a la formación de hierro-saturada de arcilla produciendo los mismos efectos sobre plasticidad. El aumento en el límite líquido era un factor importante para el aumento de la resistencia al corte. Es decir, un aumento en el límite líquido reduce el índice de liquidez. El suelo se convierte en más rígido y tiene mayor resistencia al corte. El estudio adicional indicó que la presión de preconsolidacion aumento. La preconsolidación original a una profundidad de 4,5 m fue de 78 kPa, mientras que la preconsolidación presión en la mitad de camino entre los electrodos se aumentó a 343 kPa.
2.2. Estabilización Electro-osmótico de la presa de West Branch (Fetzer, 1967) Presa de West Branch es una presa de tierra compactada se encuentra en Río de Mahoning en el nordeste de Ohio, EE.UU.. La presa es de 3000 m de largo y 24 m de altura. El conducto de salida de hormigón se encuentra en el centro de la presa. El conducto es de 3,5 m x 7,0 m. Cada conjunto estaba conectado por un collar de concreto. El sitio del proyecto está cubierto por depósitos glaciales, con 25 m de espesor de arcilla gris. La capa de arcilla se entremezcla por el cieno gris y arena limosa, con el lecho de roca de piedra arenisca en el una profundidad más allá de 32 m. La tabla 3 resume las propiedades del suelo. La construcción de la presa comenzó en mayo de 1963. El relleno en la parte central era construyó rápidamente. Mientras que el relleno se planteó desde El 999 pies (305 m El) a El 1007 pies (El 307 m), la separación de la junta de conducción se detectó en el eje de la presa debido al asentamiento. La colocación de relleno fue cesado. Las grietas se produjeron en el cuerpo central de la presa, con un máximo la apertura de aproximadamente 2,5 cm. Una caída severa del conducto, la abertura máxima en la junta fue de 22 cm. Tres juntas cerca del eje se rompieron. El 14 de noviembre, el relleno de 4 m se removio para detener el asentamiento y la separación de las juntas. La resistencia del suelo y las presiones de poros de agua fueron investigados. Piezómetros se instalaron en la capa de arcilla que subyace a la presa, y arena limosa que subyace a la capa de arcilla. Se encontró que 1 año después de que la construcción se detuvo, las presiones de poros excesivas por debajo de la presa todavía no estaba completamente disipada debido a la baja conductividad-hidráulico de la arcilla capa. La resistencia al corte sin drenaje del suelo era tan baja como 0,2 TSF (19 kPa) y el factor de la seguridad de la pendiente fue de 1.0 simplemente lo hubiera sido imposible para elevar la presa de la altura de diseño como el factor de seguridad habría
sido 0,62. Medidas de remediación, como como bermas y drenes de arena, fueron considerados. Sin embargo, los análisis preliminares indican que las bermas sería excesivamente amplia y bloquearia los canales de entrada y salida. El diámetro de 30 cm de drenes de arena con una separación de 1,5 m se considera . Sin embargo, la instalación drenajes de arena podría causar la inestabilidad temporal de la fundación. Eventualmente, estabilización electroosmótica fue seleccionado para estabilizar la presa como el mejor enfoque. La viabilidad de la estabilización electro-osmótico fue investigado por L. Casagrande de La Universidad de Harvard. La conductividad electro-osmótico, ke, fue de 3 3.0 x10 a −5
−5
cm / s computado sobre la base de 1 V / cm. Llegó a la conclusión de que la fundación de la presa puede ser estabilizado por proceso electro-osmótico. El diseño de electrodos constaba de tres tiras de ánodos y cátodos más de un 230 x 300 m de area. Una tira de 8 filas de 6 m de separación se ha instalado a lo largo del eje de la presa y una tira de 6 filas a 6 m de espaciamiento se instaló en el borde exterior de cada berma. Total de 660 ánodos y cátodos se han instalado 320. Los ánodos se hicieron de 6,5-cm de diametro doble extra-fuertes tuberías de acero negro con un tapón en la punta. Se utilizaron acero de los rieles del ferrocarril en las proximidades del conducto. Cada cátodo consiste en un electrodo y un bombeo sistema que entren en un 35,5 cm de diámetro. Los electrodos de cátodo constaba de 5 cm de diámetro tubos de acero. La sección esquemática de la instalación se muestra en la Figura 5. Los ánodos y cátodos se instala a través de agujeros taladrados 40-cm de diámetro. Para reducir el presión artesiana en la capa de arena inferior, los cátodos de las bermas se han instalado en la arena capa. Antes de la represa fuera cerrado, los cátodos de aguas arriba fueron sellados. Las aguas abajo cátodos se deja abierta para aliviar la presión artesiana en la arena limosa inferior. 6.2 x10
Inicialmente, los generadores de energía se han instalado en la berma de la corriente. Desafortunadamente, las vibraciones de los generadores aumentó significativamente el exceso de presión de poro por debajo la presa. Por lo tanto, se mueve aguas abajo. Había dos de 300 kW, 200 kW diez y dos generadores de 90 kW utilizado en la operación con capacidades de 11.000 A a 150 V, 2500 A a 140 V y 950 A a 60 V, respectivamente. Dado que la potencia era insuficiente para abastecer a 150 V de todas las tiras de electrodos como se recomienda por L. Casagrande, el tratamiento se llevó a cabo en varios pasos. El 10 de agosto de 1965, se aplicó energía a la banda cerca de la cresta bajo el conducto de salida para aliviar la presión de poro en esta área. El 18 de septiembre, de alimentación continua con 50 a 70 V se aplica a la tira de aguas abajo. Después de la presión de poro por debajo de disminución de la berma aguas abajo, el poder se trasladó a la cresta y las tiras de aguas arriba. El tratamiento en la cresta de la tira se completó en mayo de 1966. El terraplén fue levantado a la cresta diseñado (El 1012 pies o El m 308) entre junio y agosto de 1966. Los cambios de niveles piezométricos en El 890 pies (271 m El) se muestran en la Figura 6. Reducción significativa en los niveles de piezometricos se llevó a cabo durante el proceso de electro-osmótico. En la berma aguas arriba, los niveles piezométricos en la franja reducida tanto como 6,0 m en un mes cuando se aplicó 100 V. En la franja de cresta, el nivel piezométrico se redujo con un promedio de 2,0 m por
mes. La tensión en las proximidades de piezómetro 3-DC varió de 40 a 56 V. El 13 de febrero de 1966, la tensión se incrementó a 150 V que inducen el aumento de los el nivel piezométrico en la vecindad de los cátodos en marzo de 1966. Se encontró que el presiones de poro eran muy baja y muy alta en la vecindad de los ánodos y cátodos, respectivamente. De 30 abril-9 mayo 1966, todo el poder y el bombeo se detiene, el recuperación de los niveles piezométricos fue relativamente baja. Durante el período del 1 de junio - 5 de agosto, 1966, el terraplén fue levantado de El 995 pies (El 303) a El 1012 pies (El 308). La presion de poro aumento un poco.
Después de retirar el relleno de 4 m de espesor en noviembre de 1964, la tasa media de asentamiento fue 20 mm por mes. Durante la estabilización electro-osmótico, la tasa promedio de asentamiento fue de 43 mm por mes, luego disminuyó a 18 mm por mes. Esto indicó que el tratamiento se aceleró la consolidación de la fundación. Después de la construcción se completó, el análisis de estabilidad se llevó a cabo. Un factor de seguridad 1,16 se logró a partir del análisis en esfuerzos totales. Para el análisis de tensión efectiva, suponiendo que el ángulo de fricción de 18°, el factor de la seguridad se calcula como 1,56.
2,3. Estabilización de talud por electro-ósmosis (Wade, 1976) El Canal Kootenay del proyecto hidroeléctrica se encuentra en el río en el sur de
Kootenay British Columbia, Canadá. El proyecto consiste en una estructura de canal de toma cerrada cerca de Presa de Corra Linn, un canal de 4,8 km parcialmente forrado, cámara de carga una y cuatro compuertas de acero de la superficie partida hasta la central eléctrica con cuatro unidades de 125 MW. La caída neta en la operación completa es de unos 75 m. El espesor del depósito varía de 16 m en el área de cámara de carga a 33 m en el área de la tubería de carga. Este depósito consistía en limo y limo arcilloso con intercalaciones de arena fina con un espesor hasta 2 m. En general, el nivel freático se encontraba en torno a media profundidad de la capa de suelo, con encaramado agua en algunos lugares. El suelo más problemática era una capa de limo suelta y sensitiva justo por encima del lecho de roca en toda la zona cámara de carga, tubería de carga. Este sedimento fue acostado plana con el espesor variable desde 2 hasta 12 m. Las propiedades de los sedimentos sensibles se resumen en la Tabla 4. En ensayos triaxiales consolidados no drenados, algunas muestras eran tan suaves que cayó por sí mismos. El análisis de estabilidad de los taludes de la zona indicaron que la tubería de carga pendiente tuvo que ser excavada a 3,5:1 (horizontal: vertical) para alcanzar un factor de unidad de seguridad. Por lo tanto, se decidió aplicar electroósmosis para aumentar la resistencia al corte y para reducir el contenido de agua del suelo. La secuencia de instalación del electrodo se muestra en la Figura 7. El diseño del tratamiento formado por cinco hileras dobles de electrodos instalados a lo largo de la pendiente tubería y dos dobles filas en la ladera de la cámara de carga. Cada fila doble consistía en una sola fila de ánodos y una sola fila de cátodos en un espacio de 3 m. Las filas de ánodo se han instalado cerca de la superficie pendiente con el fin de inducir fuerza filtración hacia la pendiente. De cinco centímetros de diámetro de la tubería de acero fue utilizado para los electrodos. Una carcasa de 30,5 cm se instaló en el cátodo con chorros de agua. Un tubo eductor (bombeo tubo) y una perforada fueron colocados en la carcasa. El agujero era lleno de arena. El agua subterránea se bombea desde el cátodo. El tratamiento electro-osmótico se llevó a cabo en los pasos antes de la excavación. Los electrodos fueron instalados en el banco primero y el poder se aplicó durante 7 días. Entonces, el suelo fue excavado con el nivel del banco de segundo para instalar los electrodos y los pozos de bombeo. La potencia se aplicó durante otros 7 días antes de la excavación se procedió al siguiente nivel. La secuencia era continuó hasta el fondo de la pendiente.
El tratamiento se llevó a cabo durante un período de 9 meses, de septiembre de 1972 a finales de mayo de 1973. El volumen de limo tratado fue de aproximadamente 0,4 millones de m3, con el poder consumo de 2.67 x10 kWh. Caídas significativas en el nivel piezométrico se observaron en todos los piezómetros dentro de 3 días después de la tensión se aplicó. Después de 2 semanas del tratamiento, el nivel freático estaba a menos de 3 m por encima del lecho de roca y se mantuvo a ese nivel desde entonces. La velocidad de descarga del agua extraída fue de 270 l / min en las primeras semanas de tratamiento a cerca de 45 l / min antes de que el reproductor se apago. El caudal medio fue de 70 l / min con el total volumen de agua de 27.000 m3. No hay movimiento del talud significativa se registró en los marcadores instalado en la superficie del suelo. Para evaluar la eficacia del tratamiento electro-osmótico, Las muestras fueron tomadas de pozos y dos profundas fosas fueron excavadas. Las trincheras no se deformaron durante 3-4 semanas después de la excavación. Voladura de roca en el área de potencia causada las vibraciones en el limo. Durante la operación de chorreado, el movimiento del suelo se midió utilizando un sismógrafo portátil. Las velocidades más partículas registrados estaba en el intervalo de 5 cm / s, con el valor máximo de aproximadamente 9 cm / s y 6
una aceleración máxima de 2,8 g. No hay movimiento de las paredes de la zanja se observó durante este período, lo que indica que el tratamiento de electro-osmótico desempeñado un papel importante en la mejora de la resistencia al corte del suelo. Debido a problemas operacionales y equipo, el voltaje aplicado varía desde aproximadamente 95 a 175 V durante el tratamiento. La tensión de 120 V promedio fue de más de 9 meses. El voltaje variaciones se ilustra en la Figura 8. La caída de tensión significativa se encontró en los electrodos, causadas por la alta resistencia eléctrica debido a la sequedad excesiva y la base efectos de cambio. Después de que el talud fue cortado y cubierto por rocas de relleno, la filtración de las aguas subterráneas se midió en el pie de la pendiente. El caudal máximo era aproximadamente 23 l / min ocurriendo durante la primavera. Consolidada-no drenada (CU) ensayos triaxiales se realizaron en muestras de tomado de las trincheras de prueba. Los resultados mostraron que el ángulo de fricción residual del limo aumentó de 27-32 a 35 ° después del tratamiento.
2,4. Electro-osmosis aplicado a un terraplén inestable (Chappell y Burton, 1975) Un muelle con una capacidad de manejo de un buque de 400.000 toneladas de peso muerto, fue construido en Singapur. El muelle se encuentra en parte en alta mar detrás de una ataguía celular de gran tamaño. Un terraplén de 8 m de alto y 60m de largo fue construido en la zona de la costa, que fue llenado por limo vertiendo dragado del fondo marino en el agua. La inestabilidad desarrolló en el terraplén durante la deshidratación de la ataguía, incluyendo grandes grietas longitudinales apareció en el pendiente. Las propiedades del suelo del subsuelo se muestran en la Tabla 5. La inestabilidad fue causada principalmente por la suspensión de sedimentos de baja permeabilidad ( 10 − 10 cm/s). Para estabilizar el talud, las tablaestacas se han instalado a través de la cresta para reducir las filtraciones y la punta para reducir la movimiento del terraplén, como se muestra en la Figura 9. Sin embargo, ambos enfoques no podía detener el movimiento. Por lo tanto, se decidió aplicar electroosmótico estabilización. −4
−6
El consumo de energía es una cuestión principal en el análisis de viabilidad del tratamiento electroosmótico. Se tenía la impresión de que los consumos de energía para el tratamiento electro-osmótico eran relativamente elevados. Sin embargo, hay que reconocer que el poderconsumo está relacionada con la conductividad eléctrica del suelo. En el sudeste de Asia, el contenido de sal en limos y arcillas está típicamente en el rango de 3-5%, en comparación con no más de 1% como informó que en algunos casos en Europa y América del Norte. Por lo tanto, el consumo de energía para el suelo en esta región podría ser mucho menor debido a la mayor conductividad eléctrica del
suelo.
Antes de tratar el terraplén, una prueba de campo ensayo fue realizado con el propósito de estudio preliminar. Se estima que una tasa mínima deshidratación de 140 l / día era suficiente para secar el limo y retirar el agua se filtre en el suelo. Los electrodos fueron espaciados 3 m aparte. La profundidad de estabilización fue de 5 m (16,5 pies) para incluir el terraplén y parte de la cimentacion. El voltaje aplicado fue de 90 V. La permeabilidad de electro-osmótico, Ke, se midió como 0,5x10-4 cm/sV. Un flujo aproximado de 180 l/día fue obtenido. En la prueba de campo, se perforó agujeros de 10 cm de diámetro a una profundidad de 5 m para ánodos y cátodos de diámetro de 2,5 cm hechos de barras de refuerzo. El espaciamiento entre los electrodos fue 3 m. Un generador de soldadura portátil se utiliza como una fuente de alimentación para suministrar un voltaje de 40 V y una corriente de 25-30 A. El tratamiento se hizo funcionar durante 24 h, y la tasa de extracción de agua fue de 550 l / día. Debido a que la tasa de flujo fue de aproximadamente cuatro veces mayor que el valor de diseño, la distancia entre el ánodo y el cátodo se incrementó. Después de la eficiencia del tratamiento de electro-osmótico fue demostrado por la prueba de campo , la disposición de electrodos adoptado con un patrón de 4-6 ánodos en un semicírculo que rodea un centro cátodo en un radio de 12 m. El diseño de la disposición de electrodos se muestra en la Figura 10. Cuatro grupos de electrodos fueron instalados. Debido a la limitación de la fuente de alimentación, sólo dos grupos podría ser operado al mismo tiempo. Estos pares fueron operados alternativamente en intervalos de 1 día en las primeras etapas. Cuando el movimiento de terraplen era más lento, el intervalo se cambió a 3 días. Se encontró que se emitia gas hidrógeno en el cátodo cuando se extrae agua a la superficie, a pesar de que no había dren de arena o tubería de plástico Después de 9 días del tratamiento electro-osmótico, el movimiento del terraplén reducido de hasta 1 m /día a menos de 1 cm/día. Como tabulan en la Tabla 5, la resistencia al corte de suelo tratado es más del doble y el contenido de agua disminuye de manera significativa. Se encontró que el suelo que rodea el ánodo se endureció irreversible debido al proceso electroquímica. El consumo de energía fue solamente de 0,5 kWh/m3 del suelo, que fue relativamente baja.
2,5. Primera aplicación de electro-ósmosis para mejorar la capacidad de fricción pilote (Soderman y Milligan, 1961; Milligan, 1995) El puente Gran Pic de Trans-Canada Highway está sobre del rio en rodeando va de la orilla norte del Lago Superior. Este puente consta de tres tramos, armadura de acero, más de 180 m de longitud. Valles en este área están sobrecargados por limos y arcillas de espesores muy gruesas. La carga del puente está apoyado por la fricción pilotes. Con la presión del pozo artesiano en el suelo, la fricción del eje se hizo insuficiente para lograr la carga de diseño. Las propiedades del suelo de arcilla varved se resumen en la Tabla 6. La capa superior que recubre era arena limosa fluvial compacta de 18 m de espesor medio a la arcilla limosa dura varved. La arcilla varved consiste en láminas de 2 cm de espesor de color gris, y una lamina de arcilla frágil de 1 cm de espesor de gris claro, laminas de limo arcilloso. La resistencia a la penetración estándar (valor N) se redujo con la profundidad desde una profundidad de 20 a 50 m. Presión artesiana se observó a una profundidad de 50 m. A una profundidad de 80 m, la carga de presión se elevó hasta 6 m por encima de la superficie del suelo, y la N se convirtió en el valor cero. Un pilote de fricción se seleccionó debido a que el espesor de baja resistencia y depósitos altamente compresibles era excesivo. Antes de la longitud embebida se decidió, prueba de pilotes con diferentes longitudes fueron ensayadas. Los pilotes de acero de sección H, 300x300 mm, fueron hincados a profundidades de 16,5 a 50,5 m, como se muestra en la Figura 11. Con la presión del pozo artesiano, la carga última se redujo con el aumento de la longitud de los pilotes . La carga de proyecto prevista es de 350 kN por pilote. Las cargas máximas finales obtenidos a partir del pilote de 16,5 m de longitud fue de 360 kN, dando la carga permisible de sólo una mitad de la carga de diseño. Los pilotes fueron probados hasta 400 días después del hincado. No hay un aumento significativo en la capacidad máxima se observó a pesar de que el 90% de
exceso de presión de poro inducida por el hincado de los pilotes se disipó dentro de 3 días.
Figura 11. Del perfil de suelo en el Gran Pic River (Milligan, 1995). Para conseguir la carga de diseño, se aplicó estabilización electro-osmótico. Una prueba de ensayo se realizó utilizando dos pilotes de prueba de 16,5 m de largo. Los pilotes fueron tratados como ánodos. La potencia se suministra mediante el uso de una máquina
de soldadura eléctrica. Con un voltaje de 115 V, el pilote con una carga de rotura original de 260 kN había aumentado hasta 500 kN después de 3 h. Basándose en estos resultados, el grupo de pilotes que consta de pilotes de 16,5 m de largo con tratamiento electro-osmótico fue seleccionado. La carga de diseño se cambió a 135 kN por pilote. La disposición de electrodos se muestra en la Figura 12. Los pilotes de sección H fueron utilizados como ánodos. La distancia media entre los ánodos y cátodos fue 7 m. Los cátodos de perímetro fueron de 21 m de largo. La disposición en el pilar oeste fue similar a la que en el pilar del este. Tres generadores diesel con una potencia de 70 a 120 V y 600-1000 A por unidad se utilizaron. Para el cátodo, un tubo de acero se puso en un tubo de plástico para evitar la obstrucción por carbonato de calcio. El agua se descarga a través del tubo de plástico sin ningún tipo de bombeo. Al principio, estaba previsto para el tratamiento del grupo de pilotes como un todo, pero la energia no era suficiente. Por lo tanto los pilotes exteriores fueron desconectados. El período de tratamiento fue de 1060 horas o 44 días. Los resultados del ensayo del pilote S-16 en el pilar de Oriente se muestra en la Figura 13. La carga de rotura aumentó de 300 kN antes del tratamiento a más de 600 kN después de 34 días de tratamiento. Fueron extraidos muestras de suelo adyacente a los pilotes. No fue observada una tendencia evidente en el aumento de la resistencia al corte y disminución del contenido de agua. Piezómetros se instala adyacente a las pilotes y los cátodos. Las puntas de los piezómetros se encuentra a una profundidad de 50 m donde la presión artesiano fue detectada. El nivel piezométrico en el piezómetro junto a las pilotes disminuyó a 9 m por debajo del nivel normal de agua. Sin embargo, este nivel piezométrico se recuperó completamente 90 días después de terminar el tratamiento. El nivel piezométrico en el cátodo fue de 2 m por encima del nivel normal de agua. Asimismo, el nivel piezométrico se recuperó 100 días después de suspender el tratamiento.
Figura 13. Apila las pruebas de carga durante el tratamiento de electro-osmótico (1959) (Milligan, 1995). El asentamiento se midió en el cabeza del pilote. Durante tratamiento, el asentamiento fue de 40 mm. El rendimiento a largo plazo de los pilotes se controló durante un período de tres décadas, es decir, de 1960 a 1992. Pruebas de carga de pilotes se llevaron a cabo en el pilote adyacente al G-5. Los resultados del ensayo se ilustra en la Figura 14. No hay reducción en la capacidad última de más de 31 años que se haya detectado, y la solución estaba dentro de límites aceptables.
2,6. Prueba de campo de la electro-osmótico fortalecimiento de la arcilla blanda sensible (Lo et al, 1991.; Lo y Ho, 1991) Una prueba de campo se llevó a cabo en julio-agosto de 1989 para evaluar la eficacia de la estabilización electroosmótico en una arcilla blanda sensible en Valle de Ottawa, Canadá. El arcilla del mar de Champlain en esta región es bien conocido por su alta sensibilidad (Quigley, 1980). muchos deslizamientos de tierra han ocurrido en esta área. El sitio se encuentra a 21 km al sureste de Ottawa, Gloucester es un relleno de pruebas
situado en Canadá Fuerzas Estación (SFC) en el que un terraplén de prueba fue construido en 1967. Las propiedades del suelo se presentan en la Tabla 7. Las pruebas de corte de veleta in situ las y las pruebas de contenido de humedad se realizaron antes del tratamiento. El contenido promedio de humedad fue del 80%. El índice de liquidez fue, obviamente, sobre la unidad. La resistencia al corte remoldeados fue prácticamente cero, pronunciandose una sensibilidad muy alta. El suelo blando se trató de las profundidades de 1,5 a 5,5 m, donde la resistencia al corte de veleta fue inferior a 20 kPa.
El detalle de los electrodos se muestra en la Figura 15. Un tubo de cobre de 60,3 mm de diámetro y fue utilizado como el electrodo. El electrodo fue diseñado en la forma en que el agua podía fluir a través el propio electrodo. Por lo tanto, el tubo fue perforado con el zapato de acero en forma de cono para facilitar penetración. La parte superior 1,22 m de la corteza se considera de conductividad relativa. Para evitar cortocircuitos, el electrodo estaba aislado en la parte superior, y para evitar cortocircuitos debido a las lluvias y las inundaciones, la parte superior de 0,3 m estaba aislado también. No fue perforado en el agujero en la porción de aislamiento . El electrodo se introduce en el suelo por una plataforma de perforación. Durante la instalación de los electrodos, de arcilla se convirtió en lodo y lleno los electrodos. Los electrodos fueron limpiadas por lavado con agua. Los instrumentos fueron instalados para medir el asentamiento, resistencia al corte de veleta, distribución de la tensión durante el tratamiento . El diseño de la instalación del electrodo se muestra en la Figura 16. Nueve electrodos fueron instalados. En un principio, la fila A y la fila C fueron anódica (positiva), mientras que la línea B era catódica (negativo). La polaridad se invirtió a mitad del
período de tratamiento. La instalación se completó en 2 semanas. El tratamiento se inició el 24 de julio de 1989, y completado el 25 de agosto de 1989, que duró 32 días. La polaridad inicial se prolongó durante 17 días, y luego la polaridad invertida se mantuvo durante 15 días. Inicialmente, un voltaje de 25 V se aplica. Debido a un aumento de la resistencia eléctrica del suelo, la corriente disminuyó posteriormente. El voltaje se ajusta periódicamente para mantener la corriente de 40 A. Aproximadamente 50 minutos después el tratamiento, el agua comenzó a fluir de los cátodos. También fueron observado burbujas de gas hidrógeno. Antes del tratamiento, el ánodo se llenó con agua, pero el agua no se encontró durante el tratamiento.
Los registros de asentamiento del terreno se muestran en la Figura 17. El máximo asentamiento fue en el día 18 con 62 mm. En el cátodo, un red de oleaje vertical antes de la inversión de polaridad era de 18 mm registrada en el indicador S4 . El oleaje reducido a acuerdo después de la inversión de polaridad, lo que hizo el asentamiento relativamente uniforme. Puesto que la polaridad se invierte en el día 18, no significativo asentamientos aparecieron. Al final del tratamiento, la solución fue 38-68 mm, con un promedio solución de 51 mm. Las variaciones de la resistencia al corte en diferentes lugares se muestran en las Figuras 18 y 19. La resistencia al corte se incrementó significativamente el plazo de 32 días. A mitad de camino entre un par de electrodos de
espaciamiento 3,05 m, la resistencia al esfuerzo cortante promedio fue de 50% y que de 6,1 m de separación fue del 36%. Aunque las aplicaciones anteriores se informó que el centro de la cuadrícula estuvo inactivo por un tratamiento electro-osmótico, esta prueba de campo demostró que con el electrodo de diseño mejorado la resistencia al corte en la zona inactiva puede ser eficientemente mejorado. Se encontró que en los centros de 3,05 y 6,1 m rejillas cuadrados, la resistencia al corte promedio del suelo después del tratamiento aumento a 24% y 23%, respectivamente. Un aumento rápido en la resistencia al corte se produjo en el espaciamiento de 3,05 m electrodo con 16% de aumento en el día 3. Bjerrum et al. (1967) informaron que el tratamiento de una masa de suelo era no uniforme y que no se se incrementa la resistencia al corte en las proximidades del cátodo. Sin embargo, como se muestra en la Figura 18, el inversión de la polaridad mejorar la uniformidad de aumento de resistencia al corte. Cuando la polaridad era invertida, resistencia al corte aumentó de nuevo como se muestra en la Figura 19.
Para investigar los efectos a largo plazo, las pruebas de corte de veleta se llevaron a cabo 43 días y 10 meses después del tratamiento. No corte se observó reducción de la resistencia al corte. La mejora de la resistencia al corte tiende a ser permanente. Los perfiles de resistencia al corte en esta prueba de campo fueron diferentes de los reportados por Bjerrum et al. (1967), que embebido el electrodo hasta 9,6 m, pero la resistencia al corte del suelo por debajo de una profundidad de 6 m no se ha mejorado. El gas en la parte inferior parte no podría ser liberado a la atmósfera. La acumulación de gas disminuye la eficiencia del tratamiento. Sin embargo, con electrodos perforados, esta prueba de campo resultó en aumento de la resistencia al corte a lo largo de las profundidades de electrodos.
De acuerdo con el registro de variación de voltaje, la caída de tensión en las proximidades del ánodo fue alta, mientras que el voltaje gradualmente se redujo a la mitad entre los electrodos. Este indica que el consumo de energía en la vecindad de un ánodo es relativamente alto. El consumo de energía total fue de 2136 kWh, aproximadamente el 1% del coste total del proyecto de tratamiento. Vale la pena señalar que no se requiere el bombeo de agua extraída. Esto es ventajoso en términos de ahorro de energía. Teniendo en cuenta el aumento de la resistencia al corte y el consumo de energía, este proyecto fue eficiente y económica. Para investigar el cambio en las propiedades geotécnicas, dos pozos fueron perforados y 127 mm de diámetro de tubo Osterberg, muestras fueron recuperados después del tratamiento hasta una profundidad de 6 m. Los pozos de sondeo (EOS1 y EOS2) estaban en la mitad de camino entre los electrodos de 3,05 y 6,1 m espaciamiento. El tratamiento se interrumpió el 25 de agosto de 1989. Las muestras fueron recuperados a mediados de Octubre o alrededor de 11.2 meses de suspender el tratamiento. La disminución en el contenido de agua es bastante uniforme con la profundidad. El contenido de agua disminuye aproximadamente 10%. El cambio en la sensibilidad fue encuentra entre las profundidades de 3,5 y 5 m. Se redujo de 100 a alrededor de 60. El cambio en el comportamiento al corte de la arcilla se ilustra en la Figura 20. Ensayos triaxiales CU con medición de presión de poro se realizaron sobre muestras de suelo entre 3 y 4 m de profundidad. Las envolventes de falla en esfuerzos efectivos para el esfuerzo medio menor se expande significativamente debido a un aumento de la presión de preconsolidación. En el esfuerzo medio mayor, las envolventes de falla de pre- y post-tratamiento de muestras son fusionado en una línea recta. Pruebas de consolidación Unidimensionales se llevaron a cabo sobre las muestras a profundidades de entre 2,5 y 4,5 m. Los resultados de las pruebas de consolidación unidimensionales se muestran en la Figura 21. Después del tratamiento, relación de vacios se redujo sustancialmente con un aumento de la presiónde preconsolidación. En 2,5 m de profundidad, la presión pre aumentó hasta 50% y 30% para EOS1 y EOS2,
respectivamente. A 4,5 m de profundidad, la presión de preconsolidación aumentó hasta 85-70%, respectivamente. Se concluyó que la resistencia al corte mejorada por proceso electro-osmótico es permanente debido al aumento de presión de preconsolidacion.
Algunos efectos sobre las propiedades físicas y químicas se investigaron también. Se encontró que los límites líquidos aumentó a un promedio de 50%, mientras que el aumento del límite plástico fue insignificante. En consecuencia, el aumento del indice plástico alrededor del 8%. La salinidad del suelo después de tratamiento aumentó desde un valor inicial de 1.3-2.18 g / l, o aproximadamente 70% de aumento. El pH de agua expulsada desde el cátodo se ensayó inmediatamente en el campo. El pH rápidamente aumentado en 1 día después de iniciar el tratamiento. El valor aumenta con el incremento del potencial aplicado . Después de la inversión de polaridad, el pH se redujo a 7,5 y luego aumenta gradualmente a 10.5 antes de la interrupción del tratamiento.
3. CONCLUSIONES Los casos historicos demuestran que el tratamiento de electro-osmótico es una técnica de estabilización de vital importancia, con costo efectivo para arcilla limosa blanda y de limo arcilloso blando. Esta se pueden adoptar para muchas aplicaciones de ingeniería geotécnica en la estabilización y el reforzamiento de una presa, terraplen, cimentacion y taludes. El proceso electro-osmótico induce cambios en las propiedades físicas y químicas del suelo. El tratamiento se extrae agua del suelo e induce la presión de poro negativa, lo que resulta en asentamiento por consolidación y disminución del contenido de agua. La reacción electroquímica aumenta el límite líquido, produce cementación y la sensibilidad disminuye. La eficacia del tratamiento puede ser mejorar el diseño adecuado de los electrodos y por el esquema de polaridad eléctrica. Con un adecuado diseño de los electrodos, el suelo se refuerza en toda la profundidad de los electrodos. El aumento más significativo en la resistencia al corte se produce en la vecindad de los ánodos. Con inversión de polaridad, un aumento de la resistencia al corte es más
uniforme a través de los electrodos. La mejora de la resistencia al corte es permanente debido a un aumento significativo de preconsolidación presión y el cambio en las propiedades del suelo inherentes. Con un mayor desarrollo, la estabilización de electro-osmótico debe dar contribución significativa a la ingeniería geotécnica.
REFERENCES Arman, A. (1978) Current practices in the treatment of soft foundations, Soil Improvement, History, Capabilities, and Outlook , Geotechnical Engineering Division, ASCE, p 30–51. Bjerrum, L., Moum, J. & Eide, O. (1967) Application of electro-osmosis to a foundation problem in a Norwegian Quick Clay, Geotechnique, 17, 214–235. Broms, B.B. (1979) Problems and Solutions to Construction in Soft Clay , Proceedings of the Sixth Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Singapore, Vol. II, Guest Lecture, pp. 3–38. Casagrande, L. (1941) Zur Frage der Entwässerung feinkörniger Böden (On the Problem of Drainage of Fine Soils), Deutsche Wasserwirtschaft, No.11. Casagrande, L. (1949) Electro-osmosis in soils, Geotechnique, 1, 159–177. Casagrande, L. (1959) Review of Past and Current Work on Electro-Osmotic Stabilization of Soils, Harvard Soil Mechanics Series No. 45. Casagrande, L. (1983) Stabilization of soils by means of electro-osmosis- state of the art, J. Boston Soc. of Civil Eng., ASCE 69(2), 255–302. Chappell, B.A. & Burton, P.L. (1975) Electro-osmosis applied to unstable embankment, J. Geotech. Eng. Div., ASCE 101(8), 733–740. Esrig, M.L. (1968) Pore pressure, consolidation, and electrokinetics, J. Soil Mech. Found. Div., ASCE 94(4), 899–921. Fetzer, C.A. (1967) Electro-osmotic stabilization of West Branch Dam, J. Soil Mech. Found. Div., ASCE 93(4), 85–106. Hausmann, M.R. (1990) Eng. Prin. Ground Modific. , McGraw Hill. Lo, K.Y. & Ho, K.S. (1991) The effects of electroosmotic field treatment on the soil properties of a soft sensitive clay, Can. Geotech. J ., 28, 763–770. Lo, K.Y. Ho, K.S. & Inculet I.I. (1991) Field test of electro-osmotic strengthening of soft sensitive clay, Can. Geotech. J., 28, 74–83. Lockhart, N.C. & Stickland, R.E. (1984) Dewatering coal washery tailings ponds by electroosmosis, Powder Technol. 40, 215–221. Micic S., Shang, J.Q. & Lo, K.Y. (2003a) Electrocementation of a marine clay induced by electrokinetics, Int. J. Offshore and Polar Eng., 13(4). Micic S., Shang, J.Q. & Lo, K.Y. (2003b) Load carrying capacity enhancement of skirted foundation element by electrokinetics, Int. J. Offshore and Polar Eng ., 13(3), 182–189. Milligan, V. (1995) First Application of Electro-Osmosis to Improve Friction Pile Capacity-Three Decades Later , Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Geotechnical Engineering, Vol. 113, No. 2, pp 112–116. Mitchell, J.K. (1981) Soil Improvement—State-of-the-Art Report , Session 12, Proceedings of the 10th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol. 4, Stockholm, pp 506–565. Mitchell, J.K. (1993) Fundamentals of Soil Behavior , 2nd Edition, Wiley, New York. Mohamedelhassan, E. & Shang, J.Q. (2001) Effects of electrode materials and current intermittence in electroosmosis, Ground Improv., 5(1), 3–11.
